应力刺激效应下聚乳酸骨支架的降解行为研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zyh111111
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着骨组织工程技术的不断发展,其在临床上被用来修复骨缺损的应用越来越多。支架是骨组织再生的三大要素之一,理想骨支架应具备生物可降解性和合适力学性能等特性。聚乳酸是一种常用的医用可降解材料,在骨组织工程中已被广泛应用。鉴于体内降解实验不确定因素多、周期长、花费大、动态降解过程难检测等特点,利用数值仿真来探索聚乳酸骨支架的降解具有重要的理论和现实意义。考虑到聚乳酸支架植入人体后的力学环境,本文旨在建立应力刺激下聚乳酸骨支架降解的数学模型,结合有限元数值分析,研究不同应力刺激强度及时间对不同支架结构动态降解过程的影响。同时,为了验证提出的数学模型,开展聚乳酸骨支架的体外降解实验研究。主要研究内容如下:
  1. 数学模型:提出了一个包含水解和自催化效应的聚乳酸降解数学模型,并在该模型中引入了应力刺激因素;给出了支架单元完全降解的两个判定条件;构建了聚乳酸数均分子量及其杨氏模量之间的关系。根据受力分析,建立了支架降解到一定程度在应力刺激作用下发生垮塌的判定条件。
  2. 数值分析:以设计的三种周期性聚乳酸骨支架胞元为研究对象。基于 1 中建立的数学模型和ABAQUS中VUMAT子程序,自定义了聚乳酸降解的算法,分析并可视化了三种支架结构降解动态过程。结果表明:应力刺激会提高支架的降解速率;相似孔隙率的不同结构支架降解趋势相似,但垮塌时间不同。
  3. 体外实验:设计了力学加载装置,开展了聚乳酸支架体外降解实验研究。实验表明:和数值分析结果一致,随着应力刺激增大,聚乳酸支架的降解加速,其质量、体积、杨氏模量和数均分子量也会明显降低。然而,受应力刺激比较小实验组结果差别较小,这说明弱的应力刺激对聚乳酸降解的影响有限。此外,通过将杨氏模量和数均分子量的实验和数值结果进行对比,对比结果较好,验证了1中数学模型的有效性。
  本文结合理论、数值、实验等研究手段,全面地分析了聚乳酸支架的动态降解过程。有助于了解聚乳酸骨支架的降解、指导支架结构设计、评估支架的体外降解行为。
其他文献
学位
学位
学位
学位
学位
骨结核引起的骨缺损严重影响患者的活动能力和生活质量。目前,临床上最常用的治疗方式包括口服或静脉注射结核治疗药物以及手术切除病灶部位。然而,药物治疗会产生一定的毒副作用,手术切除病灶则会造成骨缺损。基于此,本论文利用介孔空心Fe_3O_4纳米颗粒(MHFPs)的载药能力及其磁响应性,提出一种响应性药物缓释体系用于骨结核治疗。通过在手术切除部位植入载有抗结核药物的载体,药物可在交变磁场(AMF)下实现
半结晶芳香族高分子材料聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone,简称PEEK)发展迅速,因为其弹性模量与人类骨骼弹性模量匹配度极高,拥有X光可透射性,且生物相容性优异,目前成为骨外科手术中最常使用的植入性替代材料之一。但聚醚醚酮物理力学性能与金属及其合金材料相比,存在明显的不足,限制了其在生物医用材料领域更广泛的发展应用。将粒径小于100 nm的无机纳米粒子填充到聚醚醚酮基体中,可
学位
界面是自然界中广泛存在的两相的过渡区域,具有与相邻的相完全不同的性质。界面的组成不同于相邻的相,界面上的分子或原子在相邻的相的各种力的作用下形成了有序的结构。许多生化过程通常是发生在界面或表面上,因此表界面是科学界一大非常重要的研究领域。  二次谐波产生(second harmonic generation, SHG)和和频产生(sum frequency generation, SFG)都是二阶
聚丙烯酰胺微球(PAMMPs)已被广泛研究并应用于生物医学领域。反相微乳液聚合是制备 PAMMPs 的常用方法,而戊二醛交联可用于制备自荧光有机材料。基于反相微乳液聚合和戊二醛交联,本研究首先对反相微乳液聚合法进行改进,将引发剂过硫酸铵(APS)加入单体溶液,在制备过程中再加入催化剂TEMED从而成功制备了一种新型的具有优异自发荧光属性的聚丙烯酰胺微球(fPAMMPs)。这种微球的粒径具有多分散性
光场相机的参数标定方法是计算机视觉领域的一个重要研究方向,是扩展光场应用的理论基础和关键环节。由于光场成像系统建模方法的多样性,不同的研究者对光场相机的成像模型和参数表达方式做出了不同的描述,这一方面扩宽了光场研究的思路,但另一方面也给模型和参数表达的统一带来了挑战。本文将研究具有通用性的光场相机成像模型与数据解码方法,设计一种更加普适的参数标定方法。此外,本文将基于非聚焦型光场相机的光学结构,设
学位